CN108134552A - 一种新型异步电机直接转矩控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型异步电机直接转矩控制方法，该方法通过建立异步电机离散时间预测模型，对不同开关矢量作用下的系统输出矢量进行轨迹外推，形成长预测范围的输出轨迹。同时分析三电平逆变器在开关切换时产生的开关损耗，以逆变器的平均开关损耗为价值函数，对不同开关矢量作用的输出轨迹进行在线评估，得到最优的开关矢量并将其作用于逆变器，从而有效降低了逆变器的开关损耗。该方法能够有效降低逆变器的开关损耗，并且能够使系统运行在300 Hz左右的低开关频率下的同时获得快速的动态响应能力和较理想的电流谐波性能。相较于其它低开关频率方法，尤其在轻载的情况下能够明显降低逆变器的开关损耗。
Description
技术领域
本发明属于直接转矩控制领域，尤其涉及一种新型的异步电机低开关损耗的模型预测直接转矩控制方法。
背景技术
在中高压大功率驱动领域，驱动装置的效率已经成为不容忽视的性能指标。 降低功率器件的开关损耗，能够提高逆变器的效率。目前存在两种降低逆变器开关损耗的方法，一种是间接方法，以降低开关频率为目标，通过减少开关器件的开关次数来降低逆变器的开关损耗；另一种则直接以降低开关损耗为目标，通过降低开关器件每一次开关动作时产生的开关损耗来降低逆变器的损耗。
大容量电机驱动的研究主要集中在降低逆变器开关频率方面，鲜有研究涉及直接以开关损耗为优化目标的控制方法。有的学者通过设计一种基于仿射非线性系统的鲁棒控制器，实现了同步电机在低开关频率下定子电流励磁分量和转矩分量的动态解耦；还有的文献实现了在 1 k Hz 的低开关频率下对异步电机转矩脉动的抑制。但是，这些都是以降低开关频率为目标，在减少逆变器开关损耗方面能力有限。近年来，模型预测控制在电力电子和电机驱动领域受到越来越多的重视。有学者结合模型预测方法，实现了电机电流的无差拍控制；给出一种基于无差拍控制的有源电力滤波器网侧电流直接控制方法；根据内部预测模型预测长范围内系统的输出变量，以开关频率为优化目标，有效地降低了逆变器的开关频率。但是，同样存在降低逆变器开关损耗能力有限的问题。针对这一问题，将模型预测应用于矩阵变换器，提出以开关损耗为优化目标，有效地降低了矩阵变换器的开关损耗。但这种控制策略实际上是单步预测控制，难以兼顾多个控制目标。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供了一种新型的异步电机低开关损耗的模型预测直接转矩控制方法，该方法通过建立异步电机离散时间预测模型，对不同开关矢量作用下的系统输出矢量进行轨迹外推，形成长预测范围的输出轨迹。同时分析三电平逆变器在开关切换时产生的开关损耗，以逆变器的平均开关损耗为价值函数，对不同开关矢量作用的输出轨迹进行在线评估，得到最优的开关矢量并将其作用于逆变器，从而有效降低了逆变器的开关损耗。
本发明采用的技术方案是，一种新型异步电机直接转矩控制方法，包括模型预测控制器、低开关损耗模型预测直接转矩控制算法。
所述的模型预测控制器，利用系统离散时间预测模型，对不同开关矢量作用下的系统输出矢量进行轨迹外推，直到其中任一输出矢量的轨迹触及到其滞环边界为止，此时的外推步长即为该开关矢量作用下的预测范围。
所述的低开关损耗模型预测直接转矩控制算法，利用离散预测模型，根据当前的状态矢量、上一时刻开关矢量和输出变量的给定滞环边界，求出最优的开关序列。
本发明的有益效果是：本发明的新型异步电机直接转矩控制方法，在保证电机运行性能的前提下，使得开关矢量的切换尽可能地发生在电流较小的时候，有效降低了逆变器的开关损耗。本发明所提出的低开关损耗模型预测直接转矩控制算法能够使系统运行在300 Hz左右的低开关频率下的同时获得快速的动态响应能力和较理想的电流谐波性能。相较于其它低开关频率方法，尤其在轻载的情况下能够明显降低逆变器的开关损耗。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图 1 是本发明电路原理框图。
具体实施方式
如图所示，本发明的新型异步电机直接转矩控制方法，包括模型预测控制器、低开关损耗模型预测直接转矩控制算法。
所述的模型预测控制器，利用系统离散时间预测模型，对不同开关矢量作用下的系统输出矢量进行轨迹外推，直到其中任一输出矢量的轨迹触及到其滞环边界为止，此时的外推步长即为该开关矢量作用下的预测范围。该控制器本质是根据控制目标选择最优的电压矢量作用于逆变器。控制目标直接以价值函数的形式给出。在预测控制中价值函数的选取是多样和灵活的，可以根据不同的控制目标来选取相应的价值函数。
所述的低开关损耗模型预测直接转矩控制算法，利用离散预测模型，根据当前的状态矢量、上一时刻开关矢量和输出变量的给定滞环边界，求出最优的开关序列。具体实现步骤如下：(1)对于开关范围第1 个元素“S”,根据上一时刻的开关矢量，结合开关切换约束条件来确定当前k 时刻允许的开关矢量；(2)对于第2 个元素“E”，利用离散预测模型对输出变量进行轨迹外推，从而形成允许的开关序列，输出变量的外推轨迹记；(3)对所有候选的开关序列计算其逆变器的平均开关损耗，从而得到平均开关损耗最小的候选开关序列，即最优的开关序列；(4)将最优开关序列的第1 个开关矢量作用于逆变器，下一个时刻重复上述步骤。
以上关于本发明的具体描述，没有局限性，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种新型异步电机直接转矩控制方法，其特征在于：该方法通过建立异步电机离散时间预测模型，对不同开关矢量作用下的系统输出矢量进行轨迹外推，形成长预测范围的输出轨迹，同时分析三电平逆变器在开关切换时产生的开关损耗，以逆变器的平均开关损耗为价值函数，对不同开关矢量作用的输出轨迹进行在线评估，得到最优的开关矢量并将其作用于逆变器，从而有效降低了逆变器的开关损耗。
2.根据权利要求 1所述的新型异步电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述的模型预测控制器，利用系统离散时间预测模型，对不同开关矢量作用下的系统输出矢量进行轨迹外推，直到其中任一输出矢量的轨迹触及到其滞环边界为止，此时的外推步长即为该开关矢量作用下的预测范围。
3.根据权利要求 1所述的新型异步电机直接转矩控制方法，其特征在于，所述的低开关损耗模型预测直接转矩控制算法，利用离散预测模型，根据当前的状态矢量、上一时刻开关矢量和输出变量的给定滞环边界，求出最优的开关序列。
Priority Applications (1)
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| CN201611091338.8A CN108134552A (zh) | 2016-12-01 | 2016-12-01 | 一种新型异步电机直接转矩控制方法 |
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Publications (1)
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| CN108134552A true CN108134552A (zh) | 2018-06-08 |
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| CN201611091338.8A Pending CN108134552A (zh) | 2016-12-01 | 2016-12-01 | 一种新型异步电机直接转矩控制方法 |
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| CN (1) | CN108134552A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112054732A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-12-08 | 上海大学 | 一种基于价值函数预选择的pmsm多步电流预测控制方法 |
| CN112532132A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-19 | 西北工业大学 | 一种永磁同步电机电流快速响应控制方法 |
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2016
- 2016-12-01 CN CN201611091338.8A patent/CN108134552A/zh active Pending
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| CN112054732A (zh) * | 2020-09-09 | 2020-12-08 | 上海大学 | 一种基于价值函数预选择的pmsm多步电流预测控制方法 |
| CN112054732B (zh) * | 2020-09-09 | 2021-08-10 | 上海大学 | 一种基于价值函数预选择的pmsm多步电流预测控制方法 |
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